華東理工大學的電催化CO2制環氧乙烷研究獲進展

近日，華工理工大學研究團隊利用CO2電催化技術高效制備環氧乙烷取得進展，相關研究成果發表于《自然·催化》雜志。

目前，環氧乙烷裝置主要采用乙烯直接氧化工藝，但該工藝原料乙烯完全氧化會產生大量碳排放。因此利用電催化技術在無碳排放及碳減排條件下高效制備環氧乙烷則具有環保意義。目前，電催化CO2制環氧乙烷過程效率較低，法拉第效率小于25%，整體電解池能量效率低于15%且能耗高，生產1 kg環氧乙烷所需能耗超過19 MJ，是當前工業路線能耗的5倍。

該研究團隊通過在工業催化劑氧化銥(IrO2)上負載第六周期金屬氧化物制備高效催化劑，其中負載鋇氧化物的催化劑高效抑制了關鍵中間體的降解過程，實現陽極乙烯制環氧乙烷法拉第效率達90%。該過程環氧乙烷產物選擇性超過98%，不存在乙烯完全氧化產生的碳排放問題。與陰極氧還原反應配對時，生產1 kg環氧乙烷所需能耗僅5.3 MJ，這與現有高碳排放的工業制環氧乙烷過程能耗相當。進一步利用水氧化和氧還原這一氧化還原介導，構建了新型氧化還原介導電催化系統。通過高效耦合CO2制乙烯與乙烯制環氧乙烷過程，實現低能量輸入的環氧乙烷電催化制備，總反應的理論電解電壓為1.28 V，而目前文獻報道的最優理論電解電壓是2.51 V。

該研究可實現電催化高轉化率制備環氧乙烷，在300 mA/cm2工業級電流密度下CO2制環氧乙烷的法拉第效率超過35%，比文獻報道的最高值提高1.4倍，并使電解工作電壓降低了1.2 V。